数据在内存中的存储

最新推荐文章于 2025-11-23 18:41:31 发布

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前言

本篇文章将讲解整数和浮点数在内存中存储（以float为例）知识的相关内容，为本章节知识的内容。

一、整数在内存中的存储

整数的2进制表⽰⽅法有三种，即原码、反码和补码。同时，整数分为有符号（signed）与无符号型（unsigned），先介绍下有符号与无符号型：

首先C语言中signed 和unsigned 关键字修饰字符型和整型类型的，signed 关键字，表示该类型带有正负号，包含负值；而unsigned 关键字，表⽰该类型不带有正负号，只能表示零和正整数，正常使用变量时没有加这两前缀时候，系统默认该变量为signed型的，signed 一般省略不写，但是写了也不算错。

例：

signed int a;

unsied int c;

1.有符号的整数

三种表⽰⽅法均有符号位和数值位两部分，符号位都是⽤0表⽰“正”，⽤1表⽰“负”，最⾼位的⼀位是被当做符号位，剩余的都是数值位，有符号的整数在内存中存储也有一定规则：

正整数的原、反、补码都相同。

负整数的三种表示⽅法各不相同。

整数的原、反、补码又什么样呢？

原码：直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制得到的就是原码。

（最高位为符号位，0=正，1=负）
反码：将原码的符号位不变，其他位依次按位取反就可以得到反码。

（例：-5（原码：10000101） -5（反码：11111010））
补码：反码+1就得到补码。（-5（补码：11111011））

另外：负数的补码取反后再加1可以到达原码值。

注意：对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是⼆进制的补码。

2.无符号整数

无符号整数无符号位，所有位均表示数值，取值范围从0开始，因为他没有符号为，值不会存在负数情况。

3.大小端字节序

介绍：大小超过⼀个字节的数据在内存中存储的时候，就有存储顺序的问题，按照不同的存储顺序，我们分为⼤端字节序存储和⼩端字节序存储，下⾯是具体的概念：

⼤端（存储）模式：是指数据的低位字节内容保存在内存的⾼地址处，⽽数据的⾼位字节内容，保存在内存的低地址处。

⼩端（存储）模式：是指数据的低位字节内容保存在内存的低地址处，⽽数据的⾼位字节内容，保存在内存的⾼地址处。

图示：

为什么要有大小端（定义）：

这是因为在计算机系统中，我们是以字节为单位的，每个地址单元都对应着⼀个字节，⼀个字节为8 bit 位，但是在C语⾔中除了8bit的 char 之外，还有16bit的 short 型，32bit的 long 型（要看具体的编译器），另外，对于位数⼤于8位的处理器，例如16位或者32位的处理器，由于寄存器宽度⼤于⼀个字节，那么必然存在着⼀个如何将多个字节安排的问题。因此就导致了⼤端存储模式和⼩端存储模式。

例如：⼀个 16bit 的 short 型 x ，在内存中的地址为 0x11 为⾼字节， 0x0010 ， x 的值为 0x22 为低字节。

对于⼤端模式，就将 0x22 放在⾼地址中，即 0x1122 ，那么 0x11 放在低地址中，即 0x0011 中。⼩端模式，刚好相反。我们常⽤的 0x0010 中， X86 结构是⼩端模式，⽽ KEIL C51 则为⼤端模式。很多的ARM，DSP都为⼩端模式。有些ARM处理器还可以由硬件来选择是⼤端模式还是⼩端模式。

知道了知识那么我们怎么知道我们的处理器是大端还是小端字节序呢？

我们可以取个简单值1。

代码解：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
int main()
{
   int a = 1;
   char *b = (char*)&a;
   if (*b == 1)
       printf("小端字节序\n");
   else
   {
       printf("大端字节序\n");
   }
}

解析：

变量存储：int a = 1 在内存中以4字节，其二进制补码为 00000001。
指针转换：char *b = (char*)&a 将 int* 强制转换为 char*，此时 b 指向 a 的第一个字节。
解引用访问：*b 仅读取该字节的内容，即00或01.对应大端和小端。

二、浮点数在内存中的存储（float的方面）

1.介绍

在C语言中，浮点数（float/double）的存储遵循 IEEE 754标准，通过符号位、指数位和尾数位表示。任意⼀个⼆进制浮点数V可以表示成下⾯的形式：

V=(-1)^S*M*2^E;

(-1)^S表⽰符号位，当S=0，V为正数；当S=1，V为负。

M表⽰有效数字，M是⼤于等于1，⼩于2的。

2^E为指数位。

例：

⼗进制的5.0，写成⼆进制是 101.0 ，相当于1.01*2^2.

由此可以得出S=0，M=1.01，E=2。

⼗进制的-5.0，写成⼆进制是-101.0，相当于-1.01*2^2.

由此可以得出S=1，M=1.01，E=2。

有定义称：对于32位的浮点数(float)，最⾼的1位存储符号位S，接着的8位存储指数E，剩下的23位存储有效数字。

2.浮点数存的过程：

IEEE 754对有效数字M和指数E，还有⼀些特别规定。前⾯说过， 1 ≤ M < 2 ，也就是说，M可以写成 1.xxxxxx 的形式，其中分。 xxxxxx 表⽰⼩数部 IEEE 754规定，在计算机内部保存M时，默认这个数的第⼀位总是1，因此可以被舍去，只保存后⾯的 xxxxxx部分。⽐如保存1.01的时候，只保存01，等到读取的时候，再把第⼀位的1加上去。这样做的⽬的，是节省1位有效数字。以32位浮点数为例，留给M只有23位，将第⼀位的1舍去以后，等于可以保存24位有效数字。

对于E，内存存储时要加上偏移值的：